Un novedoso instrumento de diagnóstico de haz desarrollado por investigadores del Grupo QUASAR de la Universidad de Liverpool está ahora en pleno funcionamiento dentro del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más potente del mundo. Esto marca un avance significativo en el campo de la física de aceleradores, ya que permite un seguimiento más preciso y no invasivo de haces de partículas de alta energía.
El desafío de la medición del haz
Medir las propiedades de haces de partículas a energías extremas es una tarea compleja. Los métodos tradicionales a menudo interrumpen los propios haces, comprometiendo la precisión de los experimentos. El nuevo dispositivo, conocido como monitor Beam Gas Curtain (BGC), supera este desafío proporcionando mediciones continuas y no invasivas durante todo el ciclo operativo del LHC.
Cómo funciona la cortina de gas de haz
El monitor BGC utiliza una lámina ultrafina de gas neón, una “cortina”, que interactúa con los haces de protones o iones de plomo circulantes. Esta interacción produce débiles destellos de luz fluorescente, que son capturados por un sofisticado sistema óptico. Al analizar estos destellos, los científicos pueden determinar el tamaño y la calidad del haz con una precisión sin precedentes, desde la etapa de inyección inicial (450 GeV) hasta la energía máxima del LHC (6,8 TeV).
Años de desarrollo culminan en éxito
La tecnología detrás del monitor BGC fue concebida y perfeccionada durante una década dentro del Grupo QUASAR. Dirigido por el profesor Carsten P. Welsch, el equipo superó numerosos obstáculos técnicos, incluida la compatibilidad con el vacío, el diseño óptico y la integración de software. El dispositivo fue sometido a pruebas exhaustivas en el Instituto Cockcroft antes de su instalación en el CERN.
Desempeño validado e impacto futuro
El rendimiento del monitor BGC superó las expectativas y proporcionó mediciones de alta precisión tanto para haces de protones como de iones pesados. La validación independiente confirma que los resultados se alinean estrechamente con los diagnósticos establecidos del LHC, como el Telescopio de Radiación Sincrotrón de Haz y los escaneos de emitancia en los experimentos ATLAS y CMS.
La aprobación del monitor BGC para funcionamiento continuo (~2000 horas por año) abre la puerta a sistemas similares en otras instalaciones de investigación importantes. Esto incluye la fuente europea de espalación en Suecia, el colisionador de iones de electrones en los EE. UU. e incluso aplicaciones de aceleradores médicos.
“Este logro muestra cómo la innovación universitaria puede dar forma directamente a las herramientas que mantienen en funcionamiento los instrumentos científicos más grandes del mundo”, afirmó el profesor Welsch. “Es un momento de gran orgullo para Liverpool y para todos los estudiantes e investigadores que contribuyeron a este extraordinario viaje”.
El monitor BGC representa un importante paso adelante en la tecnología de aceleradores, permitiendo un control y seguimiento más precisos de los haces de partículas en las principales instalaciones científicas del mundo.
